CN105651350B - 一种远程还原炉流量监控系统 - Google Patents
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Abstract
为了避免现有技术中存在的上述不足之处，使气体流量测量较为容易地实施，本发明提供了一种远程还原炉流量监控系统，用于对某种供给还原炉的气体进行流量监控，包括管道子系统、超声波检测子系统、处理子系统，其中，所述超声波检测子系统被设置在所述管道子系统内部，且处理子系统用于从所述超声波检测子系统获得向还原炉供气的流量监控信息。超声波流量检测天然地具有大量程比，因此相对现有技术而言不但降低了管道铺设成本，更适用于更大范围两成比变化的工业生产应用。
Description
技术领域
本发明涉及气体流量监控技术领域，更具体地，涉及一种远程还原炉流量监控系统。
背景技术
目前，多晶硅的生产主要采用改良西门子法。在改良西门子法中，三氯氢硅的氢还原过程所发生的主要反应是三氯氢硅被氢气还原生成硅和氯化氢。根据改良西门子法的要求，在生产过程中测量进入还原炉的氢气和三氯氢硅流量，通过比值控制来生产出多晶硅。两种气体的流量的比值关系着多晶硅的品质。
经检索，申请号为CN201310703754.9的中国发明专利申请公开了一种还原炉流量精确测量的方法，它采用多管并联方式，采用计算机采集系统进行流量采集、数据存储、监督管理以及网络通讯。在流量计的量程范围内，流量计显示值乘以支管的流通数量就可以通过公式换算出总管的流量，当流量值显示超出量程范围时，通过增加并联支管的开通数量来分流，以实现小流量计测量更大流量范围的目的，达到了宽量程比流量测量的目的。
然而，这种方式主要是从普通的小量程流量计的角度提出的，其并未明确记载修正系数，对本领域技术人员而言，为了获得精确的流量测量，实施时通过大量实验重新获得是较为困难的。
发明内容
为了避免现有技术中存在的上述不足之处，使气体流量测量较为容易地实施，本发明提供了一种远程还原炉流量监控系统，包括管道子系统、超声波检测子系统、处理子系统，其中，所述超声波检测子系统被设置在所述管道子系统内部，且处理子系统用于从所述超声波检测子系统获得向还原炉供气的流量监控信息。
进一步地，所述管道子系统包括第一供气管道、第二供气管道和第三供气管道，所述第一供气管道、第二供气管道和第三供气管道用于向还原炉提供气体，其内径均为r、长度均L，材质相同且彼此平行地设置。
进一步地，所述超声波检测子系统包括N个第一超声波检测单元、2N个第二超声波检测单元和4N个第三超声波检测单元，N个第一超声波检测单元设置于所述第一供气管道内，2N个第二超声波检测单元设置于第二供气管道内，4N个第二超声波检测单元设置于所述第三供气管道内，其中N为大于2的自然数。
进一步地，所述处理子系统包括处理单元，所述处理单元根据所述第一超声波检测单元、第二超声波检测单元和第三超声波检测单元对所述气体进行流量监控。
进一步地，所述N个第一超声波检测单元以沿所述第一供气管道长度方向延伸的直线方向、以间隔Di设置，其中所述Di满足：Di+1＝2×Di，i＝1，2，…，N-1。
进一步地，所述N个第二超声波检测单元以沿所述第二供气管道长度方向延伸的第一直线方向、以间隔Ei设置，其中所述Ei满足：Ei+1＝2×Ei，i＝1，2，…，N-1；另外N个第二超声波检测单元以沿所述第二供气管道长度方向延伸的第二直线方向、以间隔Ei设置，其中所述E’i满足：E’i＝(1/2)×(Ei+Ei-1)，且所述第二直线方向与所述第一直线方向相对于第二供气管道长度方向上的轴线呈90度，其中E0＝0。
进一步地，第1个到第N个第三超声波检测单元以沿所述第三供气管道长度方向延伸的第一直线方向、以间隔Fi设置，其中所述Fi满足：Fi+1＝2×Fi，i＝1，2，…，N-1；
第N+1到第2N个第三超声波检测单元以沿所述第三供气管道长度方向延伸的第二直线方向、以间隔Fi设置，其中所述F’i满足：F’i＝(1/2)×(Fi+Fi-1)，且所述第二直线方向与所述第一直线方向相对于第三供气管道长度方向上的轴线呈90度，其中F0＝0；
第2N+1个第三超声波检测单元到第3N个第三超声波检测单元以及第3N+1个第三超声波检测单元到第4N个第三超声波检测单元被设置于分别到上述第三超声波检测单元沿该曲线等距离的位置且在经过所述第1个到第N个第三超声波检测单元以及所述第N+1到第2N个第三超声波检测单元的等距螺旋曲线上，其中第2N+1个第三超声波检测单元到第3N个超声波检测单元连线以及第3N+1个第三超声波检测单元到第4N个超声波检测单元连线均平行于所述第一直线方向和第二直线方向。
进一步地，所述第一超声波检测单元的每一个均设置有第一超声波传感器、第一超声波发射器、电源模块以及无线通信模块，且所述第二超声波检测单元和第三超声波检测单元的每一个均设置有第一超声波传感器、第一超声波发射器、第二超声波传感器、第二超声波发射器、电源模块以及无线通信模块；
所述第一超声波检测单元、第二超声波检测单元和第三超声波检测单元的每一个的无线通信模块和电源模块位于其被安装于的供气管道外部；
所述第一超声波检测单元、第二超声波检测单元和第三超声波检测单元的每一个的第一超声波传感器和第一超声波发射器位于其被安装于的供气管道内部，且对于每一个第一超声波检测单元、每一个第二超声波检测单元或每一个第三超声波检测单元，第j个第一超声波传感器的朝向与和第j-1超声波检测单元的第一超声波发射器的朝向呈90度角，其中j为大于2且小于第一超声波检测单元、第二超声波检测单元或第三超声波检测单元的数量的正整数；
所述第二超声波检测单元和第三超声波检测单元的每一个的第二超声波传感器和第二超声波发射器位于其被安装于的供气管道外部，并记第二超声波检测单元中第1个到第N个为第一组第二超声波检测单元，第N+1个到第2N个为第二组第二超声波检测单元；记第三超声波检测单元中第1个到第N个为第一组第三超声波检测单元，第N+1个到第2N个为第二组第三超声波检测单元，第2N+1个第三超声波检测单元中第1个到第3N个为第三组第三超声波检测单元，第3N+1个到第4N个为第四组第三超声波检测单元；
所述第二超声波检测单元的每一个和所述第三超声波检测单元的每一个的第二超声波传感器和第二超声波发射器的朝向，使得：
在t时刻：第一组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波传感器与第一组第三超声波检测单元中的第k-1个的第二超声波发射器的连线与第一组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波发射器与第一组第三超声波检测单元中的第k+1个的第二超声波传感器的连线相互垂直；第二组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波传感器与第三组第三超声波检测单元中的第k-1个的第二超声波发射器的连线与第二组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波发射器与第三组第三超声波检测单元中的第k+1个的第二超声波传感器的连线相互垂直；
在2t时刻：第一组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波传感器与第二组第三超声波检测单元中的第k-1个的第二超声波发射器的连线与第一组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波发射器与第二组第三超声波检测单元中的第k+1个的第二超声波传感器的连线相互垂直；第二组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波传感器与第四组第三超声波检测单元中的第k-1个的第二超声波发射器的连线与第二组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波发射器与第四组第三超声波检测单元中的第k+1个的第二超声波传感器的连线相互垂直，其中k为大于1且小于N的正整数；
所述处理单元用于在t时刻，通过时差法得到第一供气管道中检测得到的气体流量其中vm为第m个第一超声波检测单元通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第二供气管道中第一组第二检测单元检测得到的气体流量其中vm，第一组第二检测单元为第一组第二超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第二供气管道中第二组第二检测单元检测得到的气体流量其中vm，第二组第二检测单元为第二组第二超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第三供气管道中第一组第三检测单元检测得到的气体流量其中vm，第一组第三检测单元为第一组第三超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第三供气管道中第三组第三检测单元检测得到的气体流量其中vm，第三组第三检测单元为第三组第三超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；
所述处理单元用于在2t时刻，通过时差法得到第一供气管道中检测得到的气体流量其中v'm为第m个第一超声波检测单元通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第二供气管道中第一组第二检测单元检测得到的气体流量其中v'm，第一组第二检测单元为第一组第二超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第二供气管道中第二组第二检测单元检测得到的气体流量其中v'm，第二组第二检测单元为第二组第二超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第三供气管道中第二组第三检测单元检测得到的气体流量其中vm，第二组第三检测单元为第二组第三超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第三供气管道中第四组第三检测单元检测得到的气体流量其中vm，第四组第三检测单元为第四组第三超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；
所述处理单元还用于确定气体流量V：
本发明的有益效果是：以低成本实现了大量程比的还原炉运送气体的流量监控，并利用管道内和管道间的流量互补方式实现了流量监控精度的提高。超声波流量检测天然地具有大量程比，因此相对现有技术而言不但降低了管道铺设成本，更适用于更大范围两成比变化的工业生产应用。
附图说明
图1示出了根据本发明的远程还原炉流量监控系统的结构框图。
图2示出了根据本发明的远程还原炉流量监控系统对应的监控方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的远程还原炉流量监控系统用于对某种供给还原炉的气体进行流量监控，包括管道子系统、超声波检测子系统、处理子系统，其中，所述超声波检测子系统被设置在所述管道子系统内部(图1中示意性地将其示为与所述管道子系统耦合)，且处理子系统用于从所述超声波检测子系统获得向还原炉供气的流量监控信息。
其中，所述管道子系统包括第一供气管道、第二供气管道和第三供气管道，所述第一供气管道、第二供气管道和第三供气管道用于向还原炉提供气体，其内径均为r、长度均L，材质相同且彼此平行地设置。
所述超声波检测子系统包括N个第一超声波检测单元、2N个第二超声波检测单元和4N个第三超声波检测单元，N个第一超声波检测单元设置于所述第一供气管道内，2N个第二超声波检测单元设置于第二供气管道内，4N个第二超声波检测单元设置于所述第三供气管道内，其中N为大于2的自然数。
所述处理子系统包括处理单元，所述处理单元根据所述第一超声波检测单元、第二超声波检测单元和第三超声波检测单元对所述气体进行流量监控。
进一步地，所述N个第一超声波检测单元以沿所述第一供气管道长度方向延伸的直线方向、以间隔Di设置，其中所述Di满足：Di+1＝2×Di，i＝1，2，…，N-1。
进一步地，所述N个第二超声波检测单元以沿所述第二供气管道长度方向延伸的第一直线方向、以间隔Ei设置，其中所述Ei满足：Ei+1＝2×Ei，i＝1，2，…，N-1；另外N个第二超声波检测单元以沿所述第二供气管道长度方向延伸的第二直线方向、以间隔Ei设置，其中所述E’i满足：E’i＝(1/2)×(Ei+Ei-1)，且所述第二直线方向与所述第一直线方向相对于第二供气管道长度方向上的轴线呈90度，其中E0＝0。
进一步地，第1个到第N个第三超声波检测单元以沿所述第三供气管道长度方向延伸的第一直线方向、以间隔Fi设置，其中所述Fi满足：Fi+1＝2×Fi，i＝1，2，…，N-1；
第N+1到第2N个第三超声波检测单元以沿所述第三供气管道长度方向延伸的第二直线方向、以间隔Fi设置，其中所述F’i满足：F’i＝(1/2)×(Fi+Fi-1)，且所述第二直线方向与所述第一直线方向相对于第三供气管道长度方向上的轴线呈90度，其中F0＝0；
第2N+1个第三超声波检测单元到第3N个第三超声波检测单元以及第3N+1个第三超声波检测单元到第4N个第三超声波检测单元被设置于分别到上述第三超声波检测单元沿该曲线等距离的位置且在经过所述第1个到第N个第三超声波检测单元以及所述第N+1到第2N个第三超声波检测单元的等距螺旋曲线上，其中第2N+1个第三超声波检测单元到第3N个超声波检测单元连线以及第3N+1个第三超声波检测单元到第4N个超声波检测单元连线均平行于所述第一直线方向和第二直线方向。
进一步地，所述第一超声波检测单元的每一个均设置有第一超声波传感器、第一超声波发射器、电源模块以及无线通信模块，且所述第二超声波检测单元和第三超声波检测单元的每一个均设置有第一超声波传感器、第一超声波发射器、第二超声波传感器、第二超声波发射器、电源模块以及无线通信模块；
所述第一超声波检测单元、第二超声波检测单元和第三超声波检测单元的每一个的无线通信模块和电源模块位于其被安装于的供气管道外部；
所述第一超声波检测单元、第二超声波检测单元和第三超声波检测单元的每一个的第一超声波传感器和第一超声波发射器位于其被安装于的供气管道内部，且对于每一个第一超声波检测单元、每一个第二超声波检测单元或每一个第三超声波检测单元，第j个第一超声波传感器的朝向与和第j-1超声波检测单元的第一超声波发射器的朝向呈90度角，其中j为大于2且小于第一超声波检测单元、第二超声波检测单元或第三超声波检测单元的数量的正整数；
所述第二超声波检测单元和第三超声波检测单元的每一个的第二超声波传感器和第二超声波发射器位于其被安装于的供气管道外部，并记第二超声波检测单元中第1个到第N个为第一组第二超声波检测单元，第N+1个到第2N个为第二组第二超声波检测单元；记第三超声波检测单元中第1个到第N个为第一组第三超声波检测单元，第N+1个到第2N个为第二组第三超声波检测单元，第2N+1个第三超声波检测单元中第1个到第3N个为第三组第三超声波检测单元，第3N+1个到第4N个为第四组第三超声波检测单元；
所述第二超声波检测单元的每一个和所述第三超声波检测单元的每一个的第二超声波传感器和第二超声波发射器的朝向，使得：
在t时刻：第一组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波传感器与第一组第三超声波检测单元中的第k-1个的第二超声波发射器的连线与第一组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波发射器与第一组第三超声波检测单元中的第k+1个的第二超声波传感器的连线相互垂直；第二组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波传感器与第三组第三超声波检测单元中的第k-1个的第二超声波发射器的连线与第二组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波发射器与第三组第三超声波检测单元中的第k+1个的第二超声波传感器的连线相互垂直；
在2t时刻：第一组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波传感器与第二组第三超声波检测单元中的第k-1个的第二超声波发射器的连线与第一组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波发射器与第二组第三超声波检测单元中的第k+1个的第二超声波传感器的连线相互垂直；第二组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波传感器与第四组第三超声波检测单元中的第k-1个的第二超声波发射器的连线与第二组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波发射器与第四组第三超声波检测单元中的第k+1个的第二超声波传感器的连线相互垂直，其中k为大于1且小于N的正整数；
所述处理单元用于在t时刻，通过时差法得到第一供气管道中检测得到的气体流量其中vm为第m个第一超声波检测单元通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第二供气管道中第一组第二检测单元检测得到的气体流量其中vm，第一组第二检测单元为第一组第二超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第二供气管道中第二组第二检测单元检测得到的气体流量其中vm，第二组第二检测单元为第二组第二超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第三供气管道中第一组第三检测单元检测得到的气体流量其中vm，第一组第三检测单元为第一组第三超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第三供气管道中第三组第三检测单元检测得到的气体流量其中vm，第三组第三检测单元为第三组第三超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；
所述处理单元用于在2t时刻，通过时差法得到第一供气管道中检测得到的气体流量其中v'm为第m个第一超声波检测单元通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第二供气管道中第一组第二检测单元检测得到的气体流量其中v'm，第一组第二检测单元为第一组第二超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第二供气管道中第二组第二检测单元检测得到的气体流量其中v'm，第二组第二检测单元为第二组第二超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第三供气管道中第二组第三检测单元检测得到的气体流量其中vm，第二组第三检测单元为第二组第三超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第三供气管道中第四组第三检测单元检测得到的气体流量其中vm，第四组第三检测单元为第四组第三超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；
所述处理单元还用于确定气体流量V：
如图2所示，本发明的远程还原炉流量监控系统对应的监控方法用于对某种供给还原炉的气体进行流量监控，包括：
(1)为所述气体设置三条内径均为r、长度均L的相同的、彼此平行的供气管道，即第一供气管道、第二供气管道和第三供气管道；
(2)在还原炉第一供气管道内设置N个第一超声波检测单元，其中N为大于2的自然数；
(3)在还原炉第二供气管道内设置2N个第二超声波检测单元；
(4)在还原炉第三供气管道内设置4N个第二超声波检测单元；
(5)根据所述第一超声波检测单元、第二超声波检测单元和第三超声波检测单元对所述气体进行流量监控。
进一步地，所述步骤(2)包括：
以沿所述第一供气管道长度方向延伸的直线方向，以间隔Di设置所述N个第一超声波检测单元，其中所述Di满足：Di+1＝2×Di，i＝1，2，…，N-1。
进一步地，所述步骤(3)包括：
以沿所述第二供气管道长度方向延伸的第一直线方向，以间隔Ei设置N个第二超声波检测单元，其中所述Ei满足：Ei+1＝2×Ei，i＝1，2，…，N-1；
以沿所述第二供气管道长度方向延伸的第二直线方向，以间隔Ei设置另外N个第二超声波检测单元，其中所述E’i满足：E’i＝(1/2)×(Ei+Ei-1)，且所述第二直线方向与所述第一直线方向相对于第二供气管道长度方向上的轴线呈90度，其中E0＝0。
进一步地，所述步骤(4)包括：
以沿所述第三供气管道长度方向延伸的第一直线方向，以间隔Fi设置第1个到第N个第三超声波检测单元，其中所述Fi满足：Fi+1＝2×Fi，i＝1，2，…，N-1；
以沿所述第三供气管道长度方向延伸的第二直线方向，以间隔Fi设置第N+1到第2N个第三超声波检测单元，其中所述F’i满足：F’i＝(1/2)×(Fi+Fi-1)，且所述第二直线方向与所述第一直线方向相对于第三供气管道长度方向上的轴线呈90度，其中F0＝0；
在经过所述第1个到第N个第三超声波检测单元以及所述第N+1到第2N个第三超声波检测单元的等距螺旋曲线上，设置分别到上述第三超声波检测单元沿该曲线等距离的位置的第2N+1个第三超声波检测单元到第3N个第三超声波检测单元以及第3N+1个第三超声波检测单元到第4N个第三超声波检测单元，其中第2N+1个第三超声波检测单元到第3N个超声波检测单元连线以及第3N+1个第三超声波检测单元到第4N个超声波检测单元连线均平行于所述第一直线方向和第二直线方向。
进一步地，所述步骤(5)包括：
(51)为所述第一超声波检测单元的每一个均设置第一超声波传感器、第一超声波发射器、电源模块以及无线通信模块，并为所述第二超声波检测单元和第三超声波检测单元的每一个均设置第一超声波传感器、第一超声波发射器、第二超声波传感器、第二超声波发射器、电源模块以及无线通信模块；
(52)设置所述第一超声波检测单元、第二超声波检测单元和第三超声波检测单元的每一个的无线通信模块和电源模块位于其被安装于的供气管道外部；
(53)设置所述第一超声波检测单元、第二超声波检测单元和第三超声波检测单元的每一个的第一超声波传感器和第一超声波发射器位于其被安装于的供气管道内部，且对于每一个第一超声波检测单元、每一个第二超声波检测单元或每一个第三超声波检测单元，第j个第一超声波传感器的朝向与和第j-1超声波检测单元的第一超声波发射器的朝向呈90度角，其中j为大于2且小于第一超声波检测单元、第二超声波检测单元或第三超声波检测单元的数量的正整数；
(54)设置所述第二超声波检测单元和第三超声波检测单元的每一个的第二超声波传感器和第二超声波发射器位于其被安装于的供气管道外部，并记第二超声波检测单元中第1个到第N个为第一组第二超声波检测单元，第N+1个到第2N个为第二组第二超声波检测单元；记第三超声波检测单元中第1个到第N个为第一组第三超声波检测单元，第N+1个到第2N个为第二组第三超声波检测单元，第2N+1个第三超声波检测单元中第1个到第3N个为第三组第三超声波检测单元，第3N+1个到第4N个为第四组第三超声波检测单元；
设置所述第二超声波检测单元的每一个和所述第三超声波检测单元的每一个的第二超声波传感器和第二超声波发射器的朝向，使得：
在t时刻：第一组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波传感器与第一组第三超声波检测单元中的第k-1个的第二超声波发射器的连线与第一组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波发射器与第一组第三超声波检测单元中的第k+1个的第二超声波传感器的连线相互垂直；第二组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波传感器与第三组第三超声波检测单元中的第k-1个的第二超声波发射器的连线与第二组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波发射器与第三组第三超声波检测单元中的第k+1个的第二超声波传感器的连线相互垂直；
在2t时刻：第一组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波传感器与第二组第三超声波检测单元中的第k-1个的第二超声波发射器的连线与第一组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波发射器与第二组第三超声波检测单元中的第k+1个的第二超声波传感器的连线相互垂直；第二组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波传感器与第四组第三超声波检测单元中的第k-1个的第二超声波发射器的连线与第二组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波发射器与第四组第三超声波检测单元中的第k+1个的第二超声波传感器的连线相互垂直，其中k为大于1且小于N的正整数；
(55)设t时刻，通过时差法得到第一供气管道中检测得到的气体流量其中vm为第m个第一超声波检测单元通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第二供气管道中第一组第二检测单元检测得到的气体流量其中vm，第一组第二检测单元为第一组第二超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第二供气管道中第二组第二检测单元检测得到的气体流量其中vm，第二组第二检测单元为第二组第二超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第三供气管道中第一组第三检测单元检测得到的气体流量其中vm，第一组第三检测单元为第一组第三超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第三供气管道中第三组第三检测单元检测得到的气体流量其中vm，第三组第三检测单元为第三组第三超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；
(56)设2t时刻，通过时差法得到第一供气管道中检测得到的气体流量其中v'm为第m个第一超声波检测单元通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第二供气管道中第一组第二检测单元检测得到的气体流量其中v'm，第一组第二检测单元为第一组第二超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第二供气管道中第二组第二检测单元检测得到的气体流量其中v'm，第二组第二检测单元为第二组第二超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第三供气管道中第二组第三检测单元检测得到的气体流量其中vm，第二组第三检测单元为第二组第三超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第三供气管道中第四组第三检测单元检测得到的气体流量其中vm，第四组第三检测单元为第四组第三超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；
(57)气体流量V为：
本发明中，每个超声波检测单元的超声波传感器或超声波发射器在被朝向其他的超声波检测单元的超声波传感器或超声波发射器时，期间进行收发的超声波采用不同频率的载波，从而使得各个不同的超声波发射器与超声波传感器之间能够正确地实现配对，进而实现上述方法中的各个时差法计算过程中避免不同时差法运算时对彼此产生的干扰。上述时差法的数据处理被设置在处理单元中，该处理单元通过与上述供气管道的首、末超声波检测单元的无线通信模块进行通信的方式获得时差法所需的数据并进行包括以载波作为区分标准的信号区分处理、对区分后的信号进行时差法计算的处理等，从而确保了复杂数据处理的速度，并能够提供对于还原炉流量的实时监控。这些增加载波、以载波作为区分的技术例如是本领域技术人员能够基于现有技术中的调制和解调通信技术实现的。当然，本领域技术人员还可以通过设置不同时差法计算涉及到的检测单元的无线通信模块的通信时间(即分时)的方式实现对不同组彼此收发的无线通信模块的区分并进而实现上述各个时差法的计算。在现有技术中存在多种这些通信的区分方式，且其并非本申请的流量监控方法核心，因此，对于上述通信原理本发明不作赘述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种远程还原炉流量监控系统，包括管道子系统、超声波检测子系统、处理子系统，其中，所述超声波检测子系统被设置在所述管道子系统内部，且处理子系统用于从所述超声波检测子系统获得向还原炉供气的流量监控信息；
所述管道子系统包括第一供气管道、第二供气管道和第三供气管道，所述第一供气管道、第二供气管道和第三供气管道用于向还原炉提供气体，其内径均为r、长度均L，材质相同且彼此平行地设置；
所述超声波检测子系统包括N个第一超声波检测单元、2N个第二超声波检测单元和4N个第三超声波检测单元，N个第一超声波检测单元设置于所述第一供气管道内，2N个第二超声波检测单元设置于第二供气管道内，4N个第二超声波检测单元设置于所述第三供气管道内，其中N为大于2的自然数；
所述处理子系统包括处理单元，所述处理单元根据所述第一超声波检测单元、第二超声波检测单元和第三超声波检测单元对所述气体进行流量监控；
所述N个第一超声波检测单元以沿所述第一供气管道长度方向延伸的直线方向、以间隔Di设置，其中所述Di满足：Di+1＝2×Di，i＝1，2，…，N-1；
所述N个第二超声波检测单元以沿所述第二供气管道长度方向延伸的第一直线方向、以间隔Ei设置，其中所述Ei满足：Ei+1＝2×Ei，i＝1，2，…，N-1；另外N个第二超声波检测单元以沿所述第二供气管道长度方向延伸的第二直线方向、以间隔E’i设置，其中所述E’i满足：E’i＝(1/2)×(Ei+Ei-1)，且所述第二直线方向与所述第一直线方向相对于第二供气管道长度方向上的轴线呈90度，其中E0＝0；
第1个到第N个第三超声波检测单元以沿所述第三供气管道长度方向延伸的第一直线方向、以间隔Fi设置，其中所述Fi满足：Fi+1＝2×Fi，i＝1，2，…，N-1；
第N+1到第2N个第三超声波检测单元以沿所述第三供气管道长度方向延伸的第二直线方向、以间隔F’ i设置，其中所述F’i满足：F’i＝(1/2)×(Fi+Fi-1)，且所述第二直线方向与所述第一直线方向相对于第三供气管道长度方向上的轴线呈90度，其中F0＝0；
在经过所述第1个到第N个第三超声波检测单元以及所述第N+1到第2N个第三超声波检测单元的等距螺旋曲线上，设置分别到上述第三超声波检测单元沿该曲线等距离的位置的第2N+1个第三超声波检测单元到第3N个第三超声波检测单元以及第3N+1个第三超声波检测单元到第4N个第三超声波检测单元，其中第2N+1个第三超声波检测单元到第3N个超声波检测单元连线以及第3N+1个第三超声波检测单元到第4N个超声波检测单元连线均平行于所述第一直线方向和第二直线方向；
其特征在于，所述第一超声波检测单元的每一个均设置有第一超声波传感器、第一超声波发射器、电源模块以及无线通信模块，且所述第二超声波检测单元和第三超声波检测单元的每一个均设置有第一超声波传感器、第一超声波发射器、第二超声波传感器、第二超声波发射器、电源模块以及无线通信模块；
所述第一超声波检测单元、第二超声波检测单元和第三超声波检测单元的每一个的无线通信模块和电源模块位于其被安装于的供气管道外部；
所述第一超声波检测单元、第二超声波检测单元和第三超声波检测单元的每一个的第一超声波传感器和第一超声波发射器位于其被安装于的供气管道内部，且对于每一个第一超声波检测单元、每一个第二超声波检测单元或每一个第三超声波检测单元，第j个第一超声波传感器的朝向与和第j-1超声波检测单元的第一超声波发射器的朝向呈90度角，其中j为大于2且小于第一超声波检测单元、第二超声波检测单元或第三超声波检测单元的数量的正整数；
所述第二超声波检测单元和第三超声波检测单元的每一个的第二超声波传感器和第二超声波发射器位于其被安装于的供气管道外部，并记第二超声波检测单元中第1个到第N个为第一组第二超声波检测单元，第N+1个到第2N个为第二组第二超声波检测单元；记第三超声波检测单元中第1个到第N个为第一组第三超声波检测单元，第N+1个到第2N个为第二组第三超声波检测单元，第2N+1个第三超声波检测单元中第1个到第3N个为第三组第三超声波检测单元，第3N+1个到第4N个为第四组第三超声波检测单元；
所述第二超声波检测单元的每一个和所述第三超声波检测单元的每一个的第二超声波传感器和第二超声波发射器的朝向，使得：
在t时刻：第一组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波传感器与第一组第三超声波检测单元中的第k-1个的第二超声波发射器的连线与第一组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波发射器与第一组第三超声波检测单元中的第k+1个的第二超声波传感器的连线相互垂直；第二组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波传感器与第三组第三超声波检测单元中的第k-1个的第二超声波发射器的连线与第二组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波发射器与第三组第三超声波检测单元中的第k+1个的第二超声波传感器的连线相互垂直；
在2t时刻：第一组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波传感器与第二组第三超声波检测单元中的第k-1个的第二超声波发射器的连线与第一组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波发射器与第二组第三超声波检测单元中的第k+1个的第二超声波传感器的连线相互垂直；第二组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波传感器与第四组第三超声波检测单元中的第k-1个的第二超声波发射器的连线与第二组第二超声波检测单元中的第k个的第二超声波发射器与第四组第三超声波检测单元中的第k+1个的第二超声波传感器的连线相互垂直，其中k为大于1且小于N的正整数；
所述处理单元用于在t时刻，通过时差法得到第一供气管道中检测得到的气体流量其中vm为第m个第一超声波检测单元通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第二供气管道中第一组第二检测单元检测得到的气体流量其中vm，第一组第二检测单元为第一组第二超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第二供气管道中第二组第二检测单元检测得到的气体流量其中vm，第二组第二检测单元为第二组第二超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第三供气管道中第一组第三检测单元检测得到的气体流量其中vm，第一组第三检测单元为第一组第三超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第三供气管道中第三组第三检测单元检测得到的气体流量其中vm，第三组第三检测单元为第三组第三超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；
所述处理单元用于在2t时刻，通过时差法得到第一供气管道中检测得到的气体流量其中v'm为第m个第一超声波检测单元通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第二供气管道中第一组第二检测单元检测得到的气体流量其中v'm，第一组第二检测单元为第一组第二超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第二供气管道中第二组第二检测单元检测得到的气体流量其中v'm，第二组第二检测单元为第二组第二超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第三供气管道中第二组第三检测单元检测得到的气体流量其中vm，第二组第三检测单元为第二组第三超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；通过时差法得到第三供气管道中第四组第三检测单元检测得到的气体流量其中vm，第四组第三检测单元为第四组第三超声波检测单元的第m个通过时差法计算得到的流量；
所述处理单元还用于确定气体流量V：
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